美國聯邦航空局(FAA)於2016年8月29日宣布，首個小型民用無人機操作規則（即FAR-107部）正式生效。此舉估計在未來10年可為美國帶來超過820億美元的國內生產總值（GDP），並創造超過10萬個就業機會。
美國民用無人機監管體系現狀
當前，FAA僅發布了針對小型民用無人機的監管規則，針對大中型民用無人機的監管規則尚未明確。FAA針對小型民用無人機的監管體系分為按重量對無人機分級、強制註冊、出臺分類監管文件和拓展小型無人機可用空域等4個部分。此外，FAA將小型無人機分為商用和個人用（含模型飛機）兩大類，兩類小型無人機的註冊與使用限制存在明顯不同。
按照重量分級
FAA最初將民用無人機分為在低空運行的小型無人機（重量低於25kg）和可在繁忙管制空域運行的大型無人機。2016年2月24日，FAA組建了針對微型無人機（重量小於2kg）的航空規則制定委員會(ARC)，開發相應的監管規則提案。由此推斷，美國民用無人機分為3個等級：大型無人機、小型無人機和微型無人機。
強制註冊
2015年12月14日，FAA面向小型無人機所有者推出基於網頁的飛機註冊流程，包括有效載荷在內的重量大於250g和小於25kg的小型無人機均適用於該流程。FAA規定大型無人機（重量超過25kg），必須使用傳統飛機註冊流程註冊。此外，該系統推出時只支持個人使用目的的小型無人機的註冊，商用小型無人機只能按照傳統飛機註冊流程註冊。
小型無人機個人使用者可選擇基於紙張的傳統流程或在線註冊系統。使用在線註冊系統的小型無人機的所有者須年滿13歲，提供自己的姓名、家庭地址和電子郵件地址。完成註冊後，在線註冊系統會產生關於所有權的小型無人機註冊/證明證書，證書信息包括向小型無人機所有者提供的唯一識別號，該識別號必須標註在無人機機身上。個人用小型無人機所有者只需註冊一次，並可將該識別號用於其擁有的所有小型無人機。註冊有效期為3年，註冊費5美元。
自2016年3月31日起，在線註冊系統對所有用途的（含公共用途和商用）小型無人機擁有者開放，此類小型無人機註冊費也是5美元，有效期同為3年。但此類小型無人機註冊與個人用小型無人機註冊有本質不同。個人用小型無人機是對所有者進行註冊，註冊號可用於此人擁有的所有小型無人機。換言之，FAA並不關心此人擁有多少架小型無人機，只關心一旦小型無人機發生事故，責任人是誰。但商用小型無人機註冊每份證書只對應一架飛機，也就是對飛機註冊，FAA關注的是飛機。因而此類註冊還須包括小型無人機製造商、型號及序列號等信息。
分類監管文件正式出臺
在正式監管規則建立前，FAA針對公共用途（學術機構，政府部門）及民用無人機空域管理採取了逐項審批的方式，具體分為面向公共機構的豁免或授權證書（COA）、面向民間機構（含商業機構）的試驗類別下特殊適航證（試驗適航證），以及面向商業機構的第333條豁免。上述3種授權成為FAA正式無人機監管規則出臺前的過渡性措施。
eBumper4系統原理示意圖。
2015年9月2日，FAA發布新版模型飛機操作指南，取代了1981年發布的指南，要點包括：此類飛機僅限於愛好或娛樂用途；此類飛機的使用須符合以社區為基礎的安全指引設置；除獲得相關認證外，此類飛機重量上限為25kg；此類飛機的操作不得幹擾任何載人飛機；模型飛機飛進機場周邊8km範圍內須提前告知機場運營商或機場空中交通管制塔；模型飛機在機場周邊8km範圍內的固定地點飛行需獲得機場運營商以及機場空中交通管制塔雙方的同意；模型飛機駕駛員需遵守所有臨時飛行限制（TFR）。
相對於模型飛機的原則性指南，於2016年8月29日生效的FAR-107部條款的邏輯更加嚴密，條件的界定更加清晰。其要點包括使用限制、駕駛員的認證和職責、對小型無人機的要求、模型飛機的法規適用性等4個方面。FAA表示下一步將致力於解決在未獲豁免情況下107部未涵蓋的使用問題，包括飛越人群上方空域、飛出視線範圍的操作、擴展性操作、在城市地區飛行以及夜間飛行等。
無人機空域管理技術進展
無人機大規模應用所面臨的一大問題是小型無人機的空域可用性，另一大問題是對障礙物的感知和規避（SAA）以及空中防撞。應對這一問題應從監管當局開發適用於無人機的空域管理技術以及提升無人機自身態勢感知與規避能力等兩方面努力。當前距離發布相應技術標準並建立無人機空域管理體系還需要相當長的時間。
小型無人機空域可用性
FAA對小型無人機可用空域的使用限制可歸納為飛行範圍限定在駕駛員視線範圍內、保持與人群的安全距離、保持與載人飛機和機場的安全距離、飛行高度限制等4個方面，其中前兩點尤為重要。
2015年5月6日，FAA宣布與業界開展合作，探索擴大小型無人機可用空域。合作項目分別是：與美國有線電視新聞網（CNN）合作，探索小型無人機如何在居民區安全地採集新聞；與精密鷹（PrecisionHawk）公司合作，探索小型無人機在農作物保護中如何發揮更大作用；與BNSF鐵路公司合作，探索使用小型無人機在鐵路系統基礎設施檢查面臨的指揮與控制挑戰。後兩個項目均針對超越駕駛員視線範圍這一限制因素。
目前雖然尚未見到微型無人機監管框架面向公眾的徵求意見稿，但首個可在人類上空飛行的商用微型無人機項目已獲FAA批准。2016年8月30日，CNN宣布成為首家獲得FAA授予豁免可在美國境內人群上空飛行無人機的機構。CNN採用的是一款名為Fotokite Pro的系留無人機，重量低於1kg。
無人機空域管理技術進展
美國無人機空域管理技術由美國航空航天局（NASA）主導開發，同時針對高空空域和低空空域展開。
在高空空域方面，NASA啟動了「無人機系統融入國家空域系統」（UAS-NAS）項目。由NASA、FAA、通用原子公司和霍尼韋爾公司合作，利用Ikhana研究飛機（「捕食者」B的民用型）對SAA系統概念進行驗證。該項目包括開展無人機避撞系統在沒有人為幹預情況下的空中碰撞試驗，目標是建立該領域的技術標準。
在低空空域方面，NASA和FAA打算推出針對低空空域的無人機空域管理（UTM）系統。NASA於2014年與美國最大的無線電信公司Verizon籤署協議，共同探索能否利用手機信號塔支持低空無人機的通信並實現監控功能。該協議由NASA艾姆斯研究中心執行。Verizon公司計劃從2017年開始用行動電話網絡實現無人機數據、導航、監視和跟蹤功能，並希望於2019年完成該技術的開發。
歐洲將無人機系統稱作「遙控飛機系統」（RPAS）。歐洲RPAS融入空域的研究項目由歐洲防務局（EDA）主導，開展了空中防撞系統（MIDCAS）、使RPAS融入歐洲空域（DeSIRE）和提升RPAS自動化水平（ERA）等3個項目。
MIDCAS項目於2009年啟動，有11家公司參與。2015年4月，MIDCAS聯合體完成了該項目的飛行測試與仿真研究。飛行測試覆蓋了多種場景和傳感器組合，包括與一架載人飛機進行碰撞-規避試驗，從而使得RPAS融入民用空域向前推進了一大步。該平臺搭載的傳感器包括：合作敵我識別（IFF）及廣播式自動相關監視(ADS-B)設備，非合作電光、紅外和雷達傳感器等。D&A系統測試使用了數據融合技術，測試了多種檢測技術的不同組合。MIDCAS項目完成的幾種仿真測試證明MIDCAS的功能設計可以符合載人航空的安全水平。
DeSIRE項目由歐洲航天局（ESA）和EDA聯合投資，研究可用於RPAS的衛星指揮和控制數據鏈。DeSIRE項目第一階段（2012—2013年）由西班牙Indra公司領導，對 「蒼鷺」平臺（RPAS）安全融入非隔離空域滿足海上監視服務需求進行了驗證。DeSIRE II項目於2015年4月啟動，由Telespazio公司領導，用一架比亞喬公司P.1HH「錘頭」作為飛行試驗平臺，旨在開發允許在民用空域安全運營的功能，以支持諸如環境監測、海上監視或危機管理等任務，該項目還將研究在不同頻段下衛星通信指揮和控制數據鏈特性。
增強RPAS自動化（ERA）項目合同於2015年12月籤署，為期42個月，預算為3100萬歐元。該項目旨在支持民用及軍用RPAS在歐洲非隔離空域的廣泛使用，特別是RPAS融入機場運行的問題。該項目將發展技術和程序解決方案，進行仿真和飛行試驗驗證，並與歐洲民用航空設備組織（EUROCAE）合作編制標準草案，該項目由9個機構負責執行。
無人機機載感知與規避設備
無人機態勢感知與規避技術有兩個技術路線：基於空域管理/通信系統實現無人機對環境的感知以及基於無人機自身配備的傳感器探測障礙物並實現規避。由於針對民用大中型無人機的監管規則尚未明確，加之市場容量有限，當前民用大中型無人機通常都是軍用型的改型，有大量為軍用無人機或載人飛機開發的傳感器或航電設備可供選擇，因而無人機機載感知與規避設備的開發主要針對小型無人機市場。
Panoptes Systems公司eBumper4系統是小型無人機利用自身搭載的傳感器實現感知與規避功能的典型產品。eBumper4是第一款市售的、基於聲學傳感器技術的小型無人機障礙物規避系統。eBumper4系統配有4部聲吶傳感器，向小型無人機提供前方、左側、右側和上方的物理環境數據；該系統發現障礙物後，將使小型無人機與障礙物保持安全距離，隨後駕駛員可引導小型無人機安全飛離障礙物。eBumper4系統的最大允許運行速度約為2.5m/s，高於大多數工業監測和攝影用途小型無人機的操作條件。
無人機探測與反無人機系統
民用無人機大規模擴散引發的另一個問題是機場、軍事基地、電站、大型體育場館等重要設施如何實現對無人機的探測以及建立反無人機系統，現有的軍用防空系統硬殺傷模式並不適用於上述地點，因而需專門研製針對民用無人機的探測與反無人機系統。目前此類產品有的僅具備無人機探測功能，有的則是具備完整功能的反無人機系統。
2015年5月，FAA啟動「無人機探路者」項目，與工業界合作探索無人機使用的後續步驟，該領域FAA的主要政府合作部門是國土安全部。參與「探路者」項目的公司包括美國CACI國際公司、Gryphon傳感器公司、Liteye系統公司和Sensofusion公司以及一個英國多家公司組成的團隊。FAA已對CACI國際公司、Liteye系統公司和英國團隊的解決方案進行了測試。
歐洲及以色列公司也看到了這一需求，包括以色列拉斐爾公司、義大利萊昂納多-芬梅卡尼卡集團的英國子公司Selex ES、空客公司等，不過他們的解決方案均為具備攻擊功能的反無人機系統，包括雷達、光電以及電子傳感器，對無人機的攻擊方式包括幹擾GPS信號或無線電信號等，通過幹擾/抑制無人機的控制信號使其在安全地區著陸或將其擊落。其中由英國Blighter監視系統公司、Chess動力公司和Enterprise控制系統公司團隊開發的AUDS據稱是全球第一款具備完整探測、跟蹤、幹擾功能的反無人機系統，具備快速部署能力，每套商用貨架產品（COTS）價格低於80萬英鎊。
民用無人機由於其廉價且銷售不受控制等特性，被用於戰場監視或武器化的趨勢已日益明顯。美國軍方（特別是陸軍）也在尋求新的方法和技術以應對這一不對稱威脅。但軍用反無人機系統與安防工業反無人機系統的需求存在一些不同。當前諾斯羅普·格魯門公司和洛克希德·馬丁公司已注意到這一需求並展示了各自的早期解決方案。
（楊筱華，中國航空工業發展研究中心）
版權聲明：原文刊載於《國際航空》2017年第2期。歡迎分享，請註明出處。